初心者のためのプログラマブルコントローラ（シーケンサ)

プログラマブルコントローラ（PLC）は、リレー回路の代替装置として開発された制御装置です。

工場の機械の制御などに使われるほか、エレベータや自動ドア、テーマパークの各種アトラクションなど身近な機械にもごく普通に使われています。

一般的にシーケンサとも呼ばれていますが、PLCの意味で言うシーケンサという単語は三菱電機の登録商標です。

プログラマブルコントローラは、照明やボイラーの制御にも使われるので、一般家庭にもあると思います。

PLCは小型のコンピュータの一種で、中枢にはコンピュータと同じようにマイクロプロセッサが使われますが、PLCの動作の仕方は普通のコンピュータとは全く異なり、ステートマシンを動作モデルとしています。

ソフトで動作するのはコンピュータと同じですが、原理的にバグが発生しにくく、どのようなインプットに対しても何らかのアウトプットが得られるようになっています。


PLCは巨大な機械装置や人を運ぶ装置を制御することが多いため、極めて高い安全性と安定性が求めらています。

そのためハードディスクや光ディスクなどはほとんど使われることはありません。

PLCのデータの保存には通常メモリが使われています。

以前はバッテリーバックアップされたメモリに格納されることが多かったですが、最近では電源を必要としないフラッシュメモリが使われることが多いです。

またPLCの特徴に豊富な入出力があり、各種デバイスを簡単につなげることができます。

PLCの取り扱いは情報技術の分野でなく、どちらかというと電気工事士などの電気技術者の領域になります。

  

継電器 (けいでんき) は、動作スイッチ・物理量・電力機器の状態に応じて、制御用の電気信号を出力する電力機器です。

通常はリレーと呼ばれ、Ryと略表記する場合が多いです。

継電器を用いることを、時として「アンプする」といいます。


小電力の入力によって大電力のオン・オフを制御することができ、それが当初の目的であった機器でありますが、対象とするものを直に制御するよりは感電の防止など安全性や、操作性（設置位置、遠隔操作）、その確実性等も増すことから、必ずしも電力的な増幅の目的にとどまらず、広範囲な目的で多用されています。


電磁継電器

電磁継電器（でんじけいでんき, Electromagnetic Relay）は、電磁石（巻線に制御入力電流を流すもの）により接点を物理的に動かし、開閉する継電器です。

消費電力が大きい、動作（応答）時間が遅い、過電圧・電流に強い、高周波の制御も可能などの特徴があります。


接点の構成により

メーク（電流を流したときに接点が閉じる、a接点(arbeit contact)と呼ばれます）

ブレーク（電流を流したときに接点が開く、b接点(break contact)と呼ばれます）

トランスファ（電流を流すことで複数の接点を切り替える、c接点と呼ばれます）

ラチェット（電流を流すたびに接点の開閉を切り替える）
などがあります。




端子の

C は共通 (Common)

NO は電流を流さない時に開放 (Normally Open)

NC は電流を流さない時に接続 (Normally Closed)

をそれぞれ示します。


電磁石と並列に永久磁石を設け、少ない消費電力で駆動できるようにしたものを有極リレーと呼びます。


ソリッドステートリレー

ソリッドステートリレー (Solid-State Relay) は、サイリスタやフォトカプラなどの半導体素子を用いて、小さな入力電力で大きな出力電圧をオン・オフする継電器の一種です。

ソリッドは固体を意味します。

応答時間が早い、小型軽量にできるなどの特徴があります。


プログラムリレー

プログラムリレー　(Programmable Relay) は、複数の継電器の機能や組み合わせを一つのパッケージにしたものです。

プログラムリレーの操作ボタンや外部のパソコン等を通じ、継電器の機能や組み合わせを変更することもできます。

多数の継電器が必要となる回路を製作したり、機能変更を頻繁に行ったりするような場合に利用されます。
  

ラダー・ロジックまたはラダー言語（ラダーげんご）は論理回路を記述するための手法で、現在多くのプログラマブルロジックコントローラ(PLC)で採用されているプログラム言語です。

ラダー図という場合もあります。

本来は、リレーによる論理回路を記述するために考案されたものです。

ラダーという名前は、この言語のプログラムが2本の並行するレール（母線）とその間に渡されるラングによって梯子（ラダー）のように見えることに由来します。


ラダー・ロジックで書かれたプログラムはリレーを使った回路と等価になります。

このため、様々なエンジニアや技術者が新たなトレーニングを受けなくても理解・利用しやすいという点で優れている言語です。


ラダー・ロジックはプロセス制御やファクトリーオートメーションでシーケンス制御などで使われるPLCのプログラミングに広く使用されています。

またラダー・ロジックは単純ではあるがクリティカルな制御が求められるシステム、あるいは旧来のリレーと実配線による回路の置き換えにも利用されます。

PLCは近年高機能化の一途をたどっており、非常に複雑なオートメーションシステムで使われるようになりました。


ほとんどのPLCメーカが自社用のラダー・ロジック用のプログラミングツールを提供しています。

通常はメーカが異なれば完全な互換性はありません。

1つの言語というよりは、互いにかなり似たプログラミング言語群といえます。

同じシリーズのPLCであっても型番が違えば記述方法が異なる、といったこともあるので、プログラムの移植は一筋縄ではいきません。


ラダー・ロジックは手続き型言語というよりは、ルールベースの言語といえるでしょう。

ラダー中の「ラング」がルールであります。

ラング内のリレー各種のデバイス（ルール）は同時に、即時に「実行」されます。

PLC内部に実装されている場合は、通常はこれらのルールはソフトウェアによってシーケンシャルに（順番に）無限ループで実行されます。

実行速度が充分に速ければ（通常はミリ秒オーダーである）この同時性、即時性があるといえます。

ただし、実際にPLCを使うときは、ラングの実行順序による制限を知っていなければならない場合もあります。
  

シーケンス制御（しーけんすせいぎょ、Sequential Control） とは

「あらかじめ定められた順序または手続きに従って制御の各段階を逐次進めていく制御」です。

日本工業規格（JIS）のC0401 に定義されています。



機械に行わせる動作を順序正しく覚えさせておくことにより、

始動ボタンを押すだけで、後は全部制御装置が仕事を行う場合などに用いられます。


シーケンス制御は、全自動洗濯機・エアコンといった

私達の身の周りにある家庭用電気器具をはじめ、

信号機・自動販売機・工場の産業ロボットや

自動化設備・ビルのエレベーターや自動ドア・

発電所や変電所に至るまで、さまざまな装置や設備に使われています。


単なるスタート／ストップに限る単純なものから

複雑な信号処理を必要とする大規模なものまで存在しており、

あらゆる分野で活用され、自動化・省力化に大きく貢献しています。


机上の学問ではなく現場の実学であるため、体系化されず軽んじられてきました。

しかしPLC（プログラマブルロジックコントローラ）の出現によって処理速度が格段に上がり、

リレーシーケンス技術とマイクロコンピュータ（マイコン）技術が融合しました。

特に工場の生産ラインではほとんどがシーケンス制御を利用していると言っても過言ではないようです。


  

計算機内部は２進数で動作しています。ＰＬＣ内部動作も同じです。

２進数は人間にはわかりにくいので１６進数で表現します。
　
４ビット分の２進数，１０進数，１６進数の対応は次のとおりです。




２進数 １０進数 １６進数


0000 0 0
0001 1 1
0010 2 2
0011 3 3
0100 4 4
0101 5 5
0110 6 6
0111 7 7
1000 8 8
1001 9 9
1010 10 A
1011 11 B
1100 12 C
1101 13 D
1110 14 E
1111 15 F





２進数から１０進数または１６進数への変換は、

４ビットを１単位で扱います。



１０進数から１６進数への変換は、

　0 ～ 9 はそのままで、10～15 は A～F に変換します。
  

ビット
計算機やＰＬＣで扱っている情報の最小単位
オン（１）またはオフ（０）で情報を表現する


バイト
連続したビットが８ビット集まったのが１バイト


ワード
連続したビットが１６ビット集まったのが１ワード


チャタリング
電磁リレーの可動接点が固定接点に接触したときに
バウンドして開閉を繰り返す現象で接点が開、閉いづれにも発生する


Ｃ接点
電磁リレーでＡとＢの２個の固定接点の間に１個の可動接点があって
コイルが非通電で可動接点がＢの固定接点に接触しているが、
コイル通電で可動接点がＢの固定接点から離れて
Ａの固定接点に接触する切替動作接点をいう


モーメンタリー
押したときだけ接点が閉じる押し釦の動作


オルタネイト
操作後も接点が継続して開または閉の状態を保っている動作、照明のスィッチなど。
押し釦にもオルタネイト動作のもの有り


ＬＳＢ
１グループのビットの中で重みの一番軽いビット（最下位ビット）


ＭＳＢ
１グループのビットの中で重みの一番重いビット（最上位ビット）


整数
小数点以下を持たない数値　例：1234


浮動小数点
小数点以下を持っている数値プラス指数表示
　例：1.234*102　FA-M3 では %1.234E+002 と表示


スキャン
走査。順番に処理すること


フェールセーフ
動力源（電源、空気源、油圧など）が喪失したときや
配線断線、接触不良など不慮の故障に対して安全サイドに動作する考慮
  

プログラマブルコントローラのプログラムには

ラダープログラムを使用します。



ラダープログラムはシーケンス回路（電気回路）をベースにしており、

入力条件と出力の関係を視覚的にイメージしやすい

プログラム言語になっています。


ラダープログラムでは命令語とデバイスを組み合わせて記述します。



ラダープログラムでは命令語はシンボルで表現されます。

リレーの入力は─┤├─出力は─○─と記述しますが、

プログラマブルコントローラの内部では

ニモニックと呼ばれる命令語で扱っています。




ラダープログラムからニモニックへの変換は

ラダーサポートソフトが行ないますので

意識せずにプログラミングできます。  

プログラマブルコントローラのプログラムには

ラダープログラムを使用します。



ラダープログラムはシーケンス回路（電気回路）をベースにしており、

入力条件と出力の関係を視覚的にイメージしやすい

プログラム言語になっています。


ラダープログラムでは命令語とデバイスを組み合わせて記述します。



ラダープログラムでは命令語はシンボルで表現されます。

リレーの入力は─┤├─出力は─○─と記述しますが、

プログラマブルコントローラの内部では

ニモニックと呼ばれる命令語で扱っています。




ラダープログラムからニモニックへの変換は

ラダーサポートソフトが行ないますので

意識せずにプログラミングできます。